Geotermia

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Introducción a la Geotermia : Introducción a la Geotermia Carlos J. de Miguel Ximénez de Embún Geólogo www.geoeficiencia.com cjm@carlosjdemiguel.es @carlosjdemiguel

ÍNDICE : ÍNDICE Introducción Propiedades térmicas de las rocas Recursos geotérmicos Yacimientos geotérmicos Energía geotérmica somera Sistemas de almacenamiento subterráneo de energía térmica (UTES) Aplicaciones Sostenibilidad de la energía geotermica somera Energía geotérmica en el mundo Energía geotérmica en españa Procedimientos y ejecución de una instalación geotérmica para acs y climatización Legislación

Introducción : Introducción Nuestro modelo de desarrollo económico está ligado al aumento de consumo de energía, un consumo de energía que implica un consumo de recursos naturales. Debemos hacer que este consumo responda a criterios de ahorro y eficiencia para llegar al concepto de sostenibilidad, de equilibrio. España depende de un 85% de los combustibles fósiles para la generación de energía y depende del exterior en un 99%. Se hace necesaria una búsqueda de un nuevo modelo energético recurriendo cada vez más a las energías renovables y a un impulso de la eficiencia y el ahorro de energía.

El calor de la Tierra : El calor de la Tierra La energía geotérmica en la Directiva 2009/28/CE se define como la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de la corteza terrestre. Se trata de una energía sostenible, renovable, casi infinita que proporciona calor a lo largo de las 24 horas ya que no está sujeta a cambios en la climatología.. Las manifestaciones visuales del calor de la tierra además de los volcanes son las aguas termales, géiser(agua líquida mezclada con vapor de e agua, a una temperatura entre 70 y 100 ºC) o fumarolas( emisión de gases y vapores de agua a temperaturas muy elevadas, en ocasiones pueden alcanzar 500 ºC.)

El calor de la Tierra : El calor de la Tierra El calor interno de la Tierra es debido a la desintegración de isótopos radiactivos presentes en la corteza y en el manto (uranio 235, uranio 238, torio 282 y potasio 40), calor inicial que se liberó durante la formación del planeta hace 4.500 millones de años, y que todavía está llegando a la superficie, habiendo movimientos diferenciales entre el manto y núcleo.

Gradiente Geotérmico : Gradiente Geotérmico La superficie terrestre sufre las variaciones diarias de temperatura ambiente hasta una profundidad de 0,5 m y las variaciones estacionales hasta una profundidad de 10 m. La temperatura media de la Tierra en Europa se eleva a aproximadamente 14 ºC a una profundidad de 10 a 25 m, a distancias más cercanas a la superficie dependerá de las condiciones climáticas. A partir de 20 m la tempertura aumenta en la mayor parte del globo en unos 2,5-3°C cada cien metros como consecuencia del gradiente geotérmico.

Propiedades térmicas del subsuelo : Propiedades térmicas del subsuelo Capacidad calorífica El calor es un tipo de energía y, como tal, se mide en julios en el Sistema Internacional. La temperatura es es la consecuencia o el efecto de comunicar energía calorífica a un cuerpo. La capacidad calorífica ( C ) de una sustancia mide el aumento de temperatura que provoca el aporte de una cantidad de calor determinada. Como el calor se mide en julios (J) y la temperatura en kelvin (K), la capacidad calorífica se mide en J/K.

Propiedades térmicas del subsuelo : Propiedades térmicas del subsuelo El calor se puede transferir de tres modos diferentes: conducción, convección y radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee mayor temperatura hacia uno que posee la temperatura más baja. La conducción es la transferencia de la energía de las partículas más energéticas de un suelo hacia las adyacentes menos energéticas. La difusividad térmica se define como el ratio entre la capacidad de conducción del terreno y la capacidad térmica del terreno. Se mide en m 2 /s.

Propiedades térmicas del subsuelo : Propiedades térmicas del subsuelo Material Conductividad (W/mK) Vapor del agua 0,025 Aire 0,026 Agua Líquida 0,61 Mercurio 8,4 Papel 0,13 Vidrio 0,35-1,3 Hielo 2,2 Plomo 34 Acero 45 Aluminio 204 Cobre 380 Subsuelo Conductividad (W/mK) Arena seca 0,3-0,8 Arena saturada en agua 1,7-5,0 Grava seca 0,4-0,5 Grava saturada en agua 1,8 Arcillas 0,4-1,0 Arcillas saturadas en agua 0,9-1,3 Turba 0,2-0,7

Recursos Geotérmicos : Recursos Geotérmicos Cuando la energía geotérmica puede ser extraída y aprovechada por el hombre de forma técnicamente y económicamente viable se habla de recursos Geotémicos. Yacimiento geotérmico: espacio físico en el interior de la corteza terrestre con unas determinadas condiciones geológicas, en el que se sitúa un recurso geotérmico cuya explotación es económicamente viable. Tipo Temperatura Muy baja temperatura <30º Uso directo Baja temperatura <100º Uso directo Media temperatura 100º500º Electricidad

Recursos Geotérmicos : Recursos Geotérmicos

Energía Geotérmica Somera : Energía Geotérmica Somera Las propiedades del subsuelo lo hacen apropiado para ser utilizado en aplicaciones de la energía geotérmica de muy baja temperatura como son la calefacción y climatización de edificios y la producción de agua caliente sanitaria mediante la utilización de sistemas geotérmicos. Como se ha dicho anteriormente a 10-20 m de profundidad la temperatura se mantiene constante, incrementándose según el gradiente geotérmico del orden de 3º cada 100m. Los sistemas para aprovechar esta energía son: Bombas de calor geotérmico (GHP, Geothermal Heat Pump) y almacenamiento subterráneo de energía térmica (UTES, Undergroud Thermal Energy Storage)

Sistema Geotérmico : Sistema Geotérmico El sistema geotérmico consta de: Un intercambiador en el terreno que extrae calor del subsuelo o evacua el calor de un edificio.

Sistema Geotérmico : Sistema Geotérmico La bomba de calor geotérmica que transfiere el calor entre el intercambiador y el sistema de distribución de un edificio, extrae calor del subsuelo a una temperatura relativamente baja, aumentándola, mediante el consumo de energía eléctrica. Un sistema de distribución entre las diferentes estancias del edificio. Estas tecnologías para aprovechar el calor del subsuelo incluyen a su vez dos subtipos: Sistemas abiertos , basados en el uso de aguas subterráneas, que suponen la captación de agua de un acuífero para su aprovechamiento. En este caso, el agua subterránea es el medio de transporte del calor que se bombea hacia el edificio y se restituye al acuífero por un segundo pozo de inyección. En este caso los pozos deben estar suficientemente alejados para que no haya interferencias entre el agua de alimentación y de retorno

Sistemas Geotérmicos : Sistemas Geotérmicos Sistemas cerrados , Se basan en el empleo de intercambiadores enterrados, con un fluido (agua o agua glicolada) en su interior que cede la energía del subsuelo a la bomba y viceversa. Por tanto, es el fluido que circula por el intercambiador en circuito cerrado el que se lleva a la bomba de calor y no el agua subterránea, como en el caso de los sistemas abiertos.

Sistemas Geotérmicos : Sistemas Geotérmicos Horizontales La tubería, normalmente de polietileno de 25 a 40 mm de diámetro por la que circula el líquido de intercambio: agua o agua glicolada, se instala en zanjas a una profundidad mínima de 0,90 metros. Existen disposiciones de hasta seis tubos por zanja aunque comúnmente se colocan dos. Sondas geotérmicas verticales Es un intercambiador de calor formado por uno o dos tubos de polietileno en forma de U colocados en el interior de un sondeo de profundidad entre 60 y 200 m y de 10 a 15 cm de diámetro. Por el interior de la sonda circula agua con anticongelante que transporta el calor.

Sistemas Geotérmicos : Sistemas Geotérmicos

Otros sistemas geotérmicos : Otros sistemas geotérmicos Cimentaciones termoactivas. Sistemas de aguas residuales urbanas Pozos Canadienses o provenzales

Bomba de calor geotérmica : Bomba de calor geotérmica Una bomba de calor es un dispositivo que extrae calor de una zona fría y lo envía hacia una zona caliente. De forma natural, la circulación de calor iría en sentido contrario. Para que el sentido del flujo de calor sea de la zona fría a la caliente es necesario aportar energía. La medida de la eficiencia de una bomba de calor se realiza mediante un parámetro denominado COP ( Coefficient of Performance ) mayor que la unidad El COP de una bomba de calor geotérmica está entre 4 y 6, superando al de las bombas de calor más eficientes aire-aire (tan implantadas en el ámbito doméstico), estimado entre 2 y 3. Esto quiere decir que por cada unidad de energía eléctrica que usa el sistema se obtienen 4 o más unidades de energía en forma de calor o frío.

Bomba de calor geotérmica : Bomba de calor geotérmica

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO SUBTERRÁNEO DE ENERGÍA GEOTÉRMICA : SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO SUBTERRÁNEO DE ENERGÍA GEOTÉRMICA Almacenamiento en acuíferos (ATES: Aquifer Thermal Energy Storage ). Estos sistemas, en los que el agua subterránea es el medio de transporte del calor, se caracterizan por su alta porosidad, su media a baja conductividad y transmisividad hidráulicas y su reducido o nulo flujo de agua subterránea. Son un ejemplo los acuíferos porosos en arenas, gravas y los acuíferos fracturados en calizas, areniscas y rocas ígneas o metamórficas. Almacenamiento en perforaciones (BTES: Borehole Thermal Energy Storage ). Los almacenes de este tipo incluyen perforaciones y tuberías, y requieren un terreno con alto calor específico, conductividad térmica media y ausencia de flujo de agua subterránea.

Aplicaciones : Aplicaciones Bodegas Invernaderos Industria Acuicultura Manantiales Evitar el hielo en la calzada Infraestructuras subterráneas

Sostenibilidad : Sostenibilidad Sostenibilidad ambiental El uso del agua subterránea como recurso térmico debe garantizar que las afecciones a las masas de agua que se puedan generar en las extracciones con o sin reinyección sean conocidas y ambientalmente aceptables. La energía geotérmica es autóctona con lo que disminuye la dependencia energética con el exterior. Se produce una disminución de emisiones de CO 2. Combustible Ahorro de emisiones (mill. toneladas) CO 2 SO x NO x Total Gas 23,48 0 0,05 23,53 Petróleo 99,44 0,66 0,19 100,29 Carbón 115,96 0,61 0,19 116,7 Total 122,92 1,27 0,43 240,58 Fuente: PER 2011-2020

Sostenibilidad : Sostenibilidad Ahorro energético La energía geotérmica puede satisfacer el 100% de las necesidades de ACS y climatización de un edificioLa bomba de calor geotérmica instalada en una vivienda unifamiliar puede reducir el consumo de energía hasta un 75% en calefacción y un 50% en refrigeración. Los rendimientos de un sistema de energía geotérmica son de alrededor del 200 al 400%, aplicados a la climatización y obtención de agua caliente sanitaria en un edificio, lo que significa que produce de 2 a 4 veces más energía calorífica o frigorífica que la energía eléctrica que requeriría consumir para la obtención de esa climatización.

Sostenibilidad : Sostenibilidad Rendimiento económico La inversión inicial de una instalación geotérmica es alta presentando un periodo de retorno entre 4 y 6 años siendo la vida útil de una instalación geotérmica es de entre 30 y 50 años. Los gastos de mantenimiento del sistema son prácticamente inexistentes, a diferencia de los tradicionales de mantenimiento de las calderas, limpieza de filtros, revisión de las instalaciones de gas, etc., y al no requerir del uso de combustibles fósiles no está sujeto a las oscilaciones del mercado de estos combustibles. La mayor carga de la inversión son las perforaciones para la captación energética, pueden llegar, en algunas ocasiones, hasta el 60% sobre el total de la instalación .

Energía geotérmica en el mundo : Energía geotérmica en el mundo A finales del año 2009, el número de países que hacían uso de la misma con el fin citado era de 78. La energía térmica utilizada supuso un ahorro energético por año estimado de 307,8 millones de barriles de petróleo (46,2 millones de toneladas), así como un ahorro de emisiones de 148,2 millones de toneladas de CO2 (comparado con el empleo de petróleo para generar electricidad). La bomba de calor geotérmica representó el 49% de los usos térmicos de esta energía, mientras que el 24,9% se destinó a usos balnearios y de calentamiento de piscinas y un 14,4% a la calefacción de recintos Fuente:PER 2011-2020

Energía geotérmica en el mundo : Energía geotérmica en el mundo Los cinco países que cuentan con la mayor capacidad instalada son Estados Unidos, China, Suecia, Noruega y Alemania que en su conjunto representan el 68% de la capacidad mundial. Las cinco primeras posiciones en cuanto a la energía utilizada están ocupadas por China, Estados Unidos, Suecia, Turquía y Japón, en este caso con un 54,7% del total mundial. España ocupa el puesto número 31 en capacidad instalada y el 38 en energía utilizada. Si se consideran la población y la superficie, son los países pequeños los que se sitúan a la cabeza. En el caso (MWt/población) los cinco primeros puestos corresponden a Islandia, Suecia, Noruega, Nueva Zelanda y Suiza mientras que, en términos de energía utilizada serían Holanda, Suiza, Islandia, Noruega y Suecia.

Energía geotérmica en España : Energía geotérmica en España La primera planta geotermica de alta temperatura que se construirá en España esta situada en Granada. En esta planta de ciclo combinado las perforaciones se realizarán a 3500 m. Fuente PER 2011-2020

Estudio de diseño de instalaciones : Estudio de diseño de instalaciones Estudios previos. Estimación de la temperatura del terreno Valores standarizados Test de respuesta térmica (TRT) Test continuo Estudio de la demanda energética Perforación Instalación

Legislación : Legislación El 17 de diciembre de 2008 el Parlamento Europeo aprueba una propuesta de Directiva relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, que reconoce la geotermia como una energía renovable más, incluyéndola dentro de la definición de “energías procedentes de fuentes renovables.” Dispone que la energía geotérmica capturada por las bombas de calor se incluirá dentro del cálculo de “consumo final bruto de energía procedente de fuentes renovables para la calefacción y la refrigeración” de cada Estado Miembro. El CTE en el DB-HE lo dedica al ahorro de energía HE 1: Limitación de la demanda energética HE 2: Rendimiento de las instalaciones térmicas Remite al RITE, donde se establece los criterios para el diseño, instalación y mantenimiento de las instalaciones de climatización. HE 3: Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica

Legislación : Legislación RITE Se definen los requisitos que deben cumplir las instalaciones de ventilación, refrigeración, calefacción y de producción de agua caliente, así como los requisitos de instalación y mantenimiento. En el RITE se definen las condiciones de bienestar e higiene que se deben cumplir, la calidad del ambiente térmico, del aire interior, del ambiente acústico, así como la dotación de agua caliente sanitaria.

Legislación : Legislación Certificaciones energéticas El Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el procedimiento básico para la Certificación de Eficiencia Energética de Edificios de Nueva Construcción, establece que el certificado de eficiencia energética contendrá, entre otras cuestiones, la calificación energética del edificio expresada a través de una etiqueta energética. Mediante esta etiqueta, los edificios se clasificarán energéticamente dentro de una escala de siete letras, que va desde la letra A (edificio más eficiente) a la letra G (edificio menos eficiente)

MUCHAS GRACIAS : MUCHAS GRACIAS Carlos J. de Miguel Ximénez de Embún Geólogo www.geoeficiencia.com cjm@carlosjdemiguel.es @carlosjdemiguel

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